Bitcoin i energia jądrowa: najbardziej przerażające technologie na świecie mogą go w rzeczywistości uratować

Ludzkość musi wyprodukować nadmiar energii, aby posuwać się naprzód – ale przy rosnącym zapotrzebowaniu, jak możemy to osiągnąć?

Wiele napisano o tym, jak okresowe odnawialne źródła energii, takie jak wiatr i słońce, negatywnie wpływają na stabilność sieci i często potrzebują dotacji rządowych, aby uzyskać dodatni zwrot z inwestycji (ROI). Mniej zrozumiały, ale jeszcze ważniejszy, jest fakt, że te przerywane odnawialne źródła energii zmniejszają naszą globalną nadwyżkę energii netto w porównaniu do źródeł energii węgla, ropy naftowej, gazu ziemnego i jądrowego, które zastępują. Innymi słowy, nasze obecne technologie generują wyższą wydajność energetyczną w porównaniu z energią wiatrową i słoneczną.

Obecny poziom życia na świecie jest bezpośrednim wynikiem technologii wytwarzania energii, które wytwarzają dużą nadwyżkę energii. Badania sugerują, że energia elektryczna z wiatru i słońca nie jest w stanie osiągnąć progu rentowności w stosunku do istniejącego progu ekonomicznego nadwyżki energii, co sugeruje, że obniżą one nasz przyszły standard życia.

Zrozumienie, dlaczego nadwyżka energii ma znaczenie, jest kluczem do zrozumienia postępu ludzkości. Jest to również klucz do zrozumienia, w jaki sposób oparty na energii mechanizm konsensusu dowodu pracy sieci Bitcoin może być narzędziem, które rozszerza nadwyżkę energetyczną społeczeństwa w XXI wiek.

Co to jest nadwyżka energii?

Posiadanie nadwyżki energii ma fundamentalne znaczenie dla przetrwania.

Weźmy na przykład geparda. Gepard zużywa ogromną ilość energii w pogoni za swoją ofiarą. Wiele z tych pościgów kończy się niepowodzeniem. W przypadku nielicznych, które skutkują zabójstwem, energia dostarczana przez zjedzenie ofiary musi być większa niż cała energia zużyta w poprzednich pościgach (i wystarczyć na następny pościg).

Jednak poza energią potrzebną do życia i polowania, nadwyżka energii musi być również na tyle duża, aby umożliwić matce gepard urodzenie, opiekowanie się młodymi oraz poświęcenie czasu i energii na ich wychowanie. Aby gepard mógł normalnie żyć, jego nadwyżka energii musi znacznie przekraczać poziom progu rentowności.

To samo można powiedzieć o rybie, insekcie, drzewie lub dowolnym organizmie lub systemie wymagającym energii, w tym o człowieku i gospodarce ludzkiej. Im większa nadwyżka energii w systemie, tym bardziej zróżnicowany, solidny i odporny jest system, ponieważ może on z łatwością zaspokoić swoje podstawowe potrzeby za pomocą nadwyżki energii na reprodukcję, eksperymenty, innowacje i wzrost.

Nadwyżkę energii, czyli energię netto, mierzy się energią zwracaną z zainwestowanej energii (EROEI). EROEI to stosunek energii zgromadzonej przez system — licznik lub energia kaloryczna ofiary — do energii zużytej na zebranie tej energii — mianownik lub energia wydatkowana na polowanie. Aby być dokładnym, obliczenia powinny wykorzystywać jednostki energii, najlepiej dżule, międzynarodowy standard pomiaru zawartości energii w cieple i pracy.

Podobnie jak finansowy zwrot z inwestycji, EROEI > 1 pokazuje, że system gromadzi więcej energii niż zużywa na jej zebranie, np. gepard zjada więcej kalorii niż potrzebuje do wykonywania podstawowych funkcji. Rezultatem jest nadwyżka energii, która pozwala matce gepardowi rodzić i wychowywać młode. Gdy EROEI = 1 otrzymana energia jest równa energii zużytej (rentowność), a gepard ledwo przeżywa i nie może się rozmnażać. EROEI < 1 wskazuje, że system wymaga więcej energii niż jest w stanie zebrać, np. gepard nie może przeżyć.

W świecie ludzi EROEI < 1 jest również receptą na śmierć i wyginięcie. EROEI = 1 to słaba równowaga między życiem a śmiercią bez nadwyżki energii dla wzrostu i postępu społecznego. Jednak duża i rosnąca nadwyżka energii wytwarzana z technologii wysokich EROEI pozwoliła ludzkiej cywilizacji na rozwój i rozkwit twórczo, technicznie i kulturowo.

Energia to prawdziwe bogactwo

Mówiąc najprościej, energia jest naszym prawdziwym bogactwem, a nasz rozwój zależy od tego, jak skutecznie przetwarzamy energię pierwotną w użyteczną energię, która umożliwia nam wykonywanie użytecznej pracy. W miarę jak ludzie ewoluowali przez tysiąclecia, opracowaliśmy coraz lepszą technologię do znajdowania i przekształcania coraz gęstszych źródeł energii pierwotnej w energię użyteczną.

Na przykład, ropa naftowa zawiera ok. 44 MJ/kg (megadżul na kilogram) energii cieplnej, węgiel kamienny ok. 25MJ/kg, suche drewno ok. 16MJ/kg oraz torfy i trawy 6-7MJ/kg. Podczas spalania ich zmagazynowana energia chemiczna wytwarza ciepło. Dodatkowa technologia przekształca część tego ciepła w bardziej użyteczną energię wtórną, taką jak energia elektryczna. Ludzka technologia wciąż się rozwijała, aby móc wykorzystać wyższą gęstość energii ropy w porównaniu z torfami i trawami, których nasi odlegli przodkowie wykorzystywali jako paliwo. Z tej gęstszej energii pochodził wykładniczy wzrost nadwyżki energii w społeczeństwie, który również wyzwolił ogromne postępy w zakresie innowacji technologicznych i standardów życia.

Chociaż często skupiamy się na efektywności energetycznej technologii przetwarzania paliwa w pracę (np. silnik spalinowy ma operacyjną sprawność cieplną +/- 25%), analiza EROEI przyjmuje bardziej holistyczne podejście. Uwzględnia dodatkowe koszty energii materiałów i procesów potrzebnych do budowy silnika wraz z jego eksploatacją. W tym miejscu analiza EROEI może rzucić światło na nadwyżkę energii w różnych technologiach elektrowni.

W przypadku elektrowni EROEI równa się energii wytworzonej w okresie eksploatacji elektrowni podzielonej przez energię niezbędną do budowy, eksploatacji i likwidacji elektrowni. Po uwzględnieniu kosztów energii swoich komponentów, takich jak stal i beton, oraz kosztów energii paliwa, elektrownia na paliwo kopalne musi wytwarzać co najmniej taką samą ilość energii przez cały okres swojego życia, aby osiągnąć rentowność na bazie energii. To samo dotyczy energii odnawialnej i jądrowej.

Prowadzenie elektrowni na progu rentowności byłoby jednak bezcelowe, ponieważ cała energia wytworzona w czasie jej eksploatacji byłaby równoważona przez równą ilość energii zużytą na budowę i eksploatację elektrowni. Nie byłoby nadwyżki energii na wszystkie inne rzeczy, których potrzebujemy (produkcja żywności, szkoły i szpitale itp.) i chcemy (muzea, podróże, sport, badania naukowe itp.).

Przypomnijmy, że gepard potrzebuje nadwyżki energii, aby żyć normalnie. Podobnie ludzie w XXI wieku, ale w znacznie większym stopniu.

Co ma z tym wspólnego EROEI?

Jedną z najbardziej kompleksowych i rygorystycznych analiz EROEI różnych elektrowni jest para artykułów autorstwa Weißbacha i in.¹. Autorzy zastosowali jednolitą metodologię bottom-up do obliczania kosztów energii (w teradżulach) dostosowanych do egzergii (energii zużytej/użytecznej) zawartej w materiałach, robociźnie i dostawach paliw niezbędnych do budowy, eksploatacji i likwidacji różnych technologii wytwarzania energii elektrycznej. Ta inwestycja w energię zużytą została podzielona na zużytą energię zwróconą — energię elektryczną wytworzoną przez cały okres eksploatacji każdego typu elektrowni — w celu obliczenia poszczególnych wartości EROEI.

Autorzy porównali także reprezentatywne wartości EROEI zakładu z ekonomicznym EROEI, określanym jako „próg ekonomiczny”. Jest to przybliżone stosunkiem PKB gospodarki do jej nieważonego końcowego zużycia energii. W praktyce jest to PKB podzielone przez całkowite końcowe zużycie energii w tym samym okresie podzielone przez średni koszt końcowego zużycia energii. Otrzymany iloraz ujmuje wartość ekonomiczną „dywidendy energetycznej”, którą wytwarzająca energię część gospodarki płaci częściom gospodarki nie wytwarzającym energii.

Wysoki i rosnący próg ekonomiczny opisuje świat z wysoce wydajnymi procesami gromadzenia energii, które generują dużą dywidendę energetyczną, umożliwiając gospodarce dywersyfikację, wzrost i rozkwit. Obniżający się próg ekonomiczny wskazuje na kurczenie się systemu z mniej wydajnymi procesami gromadzenia energii, które wypierają inne sektory nieenergetyczne, prowadząc do spadku poziomu dobrobytu gospodarczego.

Wyniki analizy artykułu przedstawia poniższy wykres.

Oczywiste jest, że wiatr i słońce mają EROEI o rzędy wielkości niższe od ustalonych technologii produkcji energii elektrycznej. Stale osiągają gorsze wyniki niż elektrownie wodne, jądrowe i na paliwa kopalne, a po uwzględnieniu magazynowania energii ich EROEI dalej się pogarszają.

Z wyjątkiem elektrowni wodnych, większość odnawialnych źródeł energii nie jest w stanie osiągnąć progu ekonomicznego progu rentowności. Innymi słowy, energetycznie mówiąc, nie mogą stać same. Upadłyby, gdyby musiały dostarczać energię na ich budowę, eksploatację i likwidację i są uzależnione od istniejącej nadwyżki energii z paliw kopalnych i jądrowej. Co więcej, włączenie ich do naszego obecnego miksu energetycznego jako zamienników istniejących technologii paliw kopalnych i jądrowych osłabi nasze obecne bogactwo gospodarcze.

Istnieją cztery główne powody, dla których przerywane odnawialne źródła energii nie spełniają kryteriów:

1. Technologie wiatrowe i słoneczne wymagają dużych ilości kosztownych materiałów wysokoenergetycznych (stal, beton, miedź i panele fotowoltaiczne) w stosunku do ich produkcji energii w całym cyklu życia.
2. Energia wiatrowa i słoneczna mają krótsze cykle życia (20-30 lat) niż elektrownie działające na paliwa kopalne, wodne lub jądrowe (50-70), które szybko odzyskują początkowe koszty energii i mają dłuższe okresy eksploatacji w celu generowania nadwyżek.
3. Nieciągłość wiatru i słońca skutkuje niższymi współczynnikami wydajności (rzeczywista produkcja energii w czasie w porównaniu z potencjalną produkcją energii) niż energia wodna, jądrowa i cieplna. Zwykle skutkuje to 2-4x przebudową, co wymaga większej ilości materiałów i wyższych kosztów inwestycji w energię.
4. Przerywany wiatr i słońce wymagają dodatkowego buforowania przez baterie, aby ich energia elektryczna była użyteczna dla sieci. Magazynowanie energii to nie nowa energia, tylko przesunięcie w czasie zużycia energii elektrycznej. Baterie są bardzo energochłonne w produkcji i zawsze mają wskaźnik EROEI < 1. W rezultacie, jak pokazują wyniki Weißbacha, każda technologia produkcji energii elektrycznej wymagająca baterii będzie miała niższy łączny wskaźnik EROEI niż sam element generujący.

Kiedy usuniemy technologie o wysokim EROEI i zastąpimy je technologiami o niskim EROEI, zmniejszymy całkowitą nadwyżkę energii, która wspiera codzienne życie, jakie znamy. Więcej gospodarki kończy się poświęceniem na działania związane z gromadzeniem energii kosztem innych sektorów gospodarki. Nie jest to kierunek, w którym ludzkość chce iść po dziesięcioleciach korzystania z wysokich nadwyżek energii, które można bezpośrednio przypisać paliwom kopalnym.

Czas iść do atomu

Co zatem może zaspokoić nasze rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną przy najwyższych wskaźnikach EROEI? Jądrowy.

Energia jądrowa wytwarza olbrzymią nadwyżkę energii, o czym świadczy jej wskaźnik EROEI wynoszący 75. Wytwarza ponad dwa razy więcej nadwyżki energii niż gaz ziemny i węgiel.

Energia jądrowa czerpie korzyści z trzech ważnych czynników: wykorzystuje paliwo o dużej gęstości energetycznej (3.5% wzbogaconego uranu ma 3,900 GJ/kg) w stosunku do kosztów energetycznych produkcji paliwa; działa przy najwyższych współczynnikach wydajności ze wszystkich dostępnych technologii wytwarzania energii elektrycznej; i ma najdłuższe użyteczne cykle życia. Elektrownie jądrowe zbudowane prawie sześćdziesiąt lat temu nadal działają z wydajnością, o której zwolennicy wiatru i słońca mogą tylko pomarzyć.

Większość elektrowni jądrowych nadal korzysta z tego samego projektu reaktora (woda pod ciśnieniem) z lat pięćdziesiątych, ale sugeruje to, że obecne prace badawczo-rozwojowe nad nowymi technologiami jądrowymi mogą prowadzić do jeszcze wyższych EROEI. Jako technologia zapewniająca najwyższą nadwyżkę energii do konwersji energii pierwotnej (atomowej) na energię użyteczną (elektryczność), energia jądrowa powinna być technologią podstawową dla większości naszej nowej produkcji energii elektrycznej.

Wydobywanie bitcoinów: narzędzie do lepszej energii

Pomijając politykę, łącząc wydobycie bitcoinów, najbardziej przenośne i elastyczne źródło zapotrzebowania na energię elektryczną na dużą skalę na świecie, z energią jądrową, ludzkość może zwiększyć nadwyżkę energii na jeszcze wyższy poziom. Zamiast nadbudowywać źródła energii odnawialnej o niskim EROEI, przerywane, takie jak wiatr i słońce, naszym celem powinno być zachęcanie do rozwoju wytwarzania energii jądrowej o wysokim EROEI, wykorzystując unikalne atrybuty wydobywania bitcoinów jako zachętę.

Elektrownie jądrowe wymagają dużych i stabilnych obciążeń popytowych, biorąc pod uwagę ich niezbędne wysokie współczynniki mocy. Wydobywanie bitcoinów oferuje dokładnie taki profil obciążenia. Wykorzystując ich skalę i stabilność, górnicy Bitcoin mogą kolokować z nowymi projektami jądrowymi, aby wchłonąć swoją produkcję energii elektrycznej, zanim wysyłka elektrowni będzie w pełni potrzebna w sieci. Następnie, biorąc pod uwagę ich nieodłączną elastyczność i przenośność, wspierający górnicy mogą odłączyć się od jednego zakładu i przenieść się do następnego nowego projektu. Ponieważ potrzeby energetyczne społeczeństwa stale rosną, możemy zapewnić, że to wstępnie zbudowane źródło energii elektrycznej o wysokim EROEI jest gotowe i czeka.

Energia to prawdziwa waluta

„Energia jest jedyną uniwersalną walutą: jedna z jej wielu form musi zostać przekształcona, aby można było cokolwiek zrobić”.² – Vaclav Smil, autor „Energia i cywilizacja: historia”.

Pieniądze to tylko żądanie energii. Problem z fiducjarnym pieniądzem polega na tym, że jest on odłączony od energii z powodu zerowego wsparcia przez rzadkie i oparte na energii aktywa oraz przez nieustanną manipulację rządu.

Z drugiej strony Bitcoin jest jak dotąd najczystszym monetarnym ucieleśnieniem energii. Jest to jasne, bezpośrednie i niemanipulowane twierdzenie o ekonomicznej wartości energii. Umożliwia to mechanizm konsensusu Bitcoina. Bycie najbardziej zdecentralizowaną siecią na świecie zapewni, że pozostanie tak w przyszłości. Dopiero teraz zaczynamy rozumieć, jak potężny dowód pracy będzie w reorientacji ludzkich wysiłków w kierunku wysoce pozytywnych technologii produkcji energii netto.

Energia przerywana, tak jak obecnie dążą jej zwolennicy, tylko zmniejszy obecną nadwyżkę energii na świecie, powodując bolesne spadki standardów życia. Oczywiste jest, że niektóre technologie produkcji energii elektrycznej są lepsze od innych pod względem energii netto i bez zrozumienia tego nasze wybory spowodują poważne niezamierzone konsekwencje. Kryzys energetyczny w Europie w 2022 r. ujawnił bardziej kruchy system, niż wcześniej sądziliśmy, i może zasygnalizować, jak będą wyglądać przyszłe warunki — rosnące koszty i przerywana podaż.

Na szczęście Bitcoin może to naprawić. Wydobywanie bitcoinów w połączeniu z rozwojem nowych projektów nuklearnych może pomóc odwrócić ten kurs i zwiększyć światową nadwyżkę energii, aby zasilić XXI wiek.

Uwagi

1 Weißbach i in., Energy 52 (2013)
https://festkoerper-kernphysik.de/Weissbach_EROI_preprint.pdf

Weißbach i in., EPJ Web of Conferences 189 (2018) https://www.epj-conferences.org/articles/epjconf/pdf/2018/24/epjconf_eps-sif2018_00016.pdf

Surowe dane dla wykresu: http://tinyurl.com/z7329lh

2 „Energia i cywilizacja: historia”, Vaclav Smil (2017).

3 Należy zachować ostrożność przy rozważaniu obliczeń EROEI:

Po pierwsze, liczy się metodologia. Czy podejście jest odgórne (koszty energii wynikające z kosztów fiducjarnych) czy oddolne (koszty energii wynikające z ilości materiałów i procesów produkcyjnych)? Ci pierwsi mogą łatwo pomylić fiat z jednostkami energii, dając bezużyteczne wyniki. Ten ostatni, choć wymaga większego wysiłku, jest dokładniejszy.

Po drugie, chociaż EROEI jest prostym współczynnikiem do obliczenia, nie ma jeszcze standardowej definicji granic systemu, którą można by użyć podczas określania licznika i mianownika. Niektórzy analitycy biorą pod uwagę tylko koszty paliwa. Inne obejmują koszty zakładu. Jeszcze inne obejmują koszty zakładu i dodatkowe koszty wydobycia poniesione w celu wybudowania zakładu. Weißbach i in. zastosował jednolitą definicję granic w całej ocenie cyklu życia dla każdego typu elektrowni. Całkowita energia została również dostosowana do energii wykorzystanej (egzergii) zainwestowanej i zwróconej dla każdego typu rośliny. Daje to jedną z najczystszych dostępnych analiz.

Po trzecie, EROEI zależy od lokalizacji. W wietrzniejszych lokalizacjach zwracana jest większa energia z tej samej zainwestowanej energii. To samo dotyczy bardziej słonecznych lokalizacji na energię słoneczną. Zakłady produkujące paliwa kopalne również będą miały różne wartości EROEI w zależności od bliskości dostaw paliwa i jakości dostępnego paliwa.

Nawet EROEI paliw kopalnych, takich jak węgiel i ropa, generalnie spadają z czasem. Chociaż energia zawarta w składzie chemicznym podobnych gatunków węgla i ropy jest taka sama w różnych zasobach, energia wymagana do zgromadzenia tych zapasów w przeszłości wzrosła. Nowsze odkrycia są zwykle dalej od końcowego zużycia i wymagają więcej energii do wydobycia. Dzisiejsze głębokie odwierty są znacznie bardziej kosztowne pod względem energetycznym niż wiercenie na polu naftowym East Texas w latach 1940. XX wieku, kiedy pole było młode.

Wreszcie, podobnie jak wiele analiz danych, EROEI może podlegać manipulacji w celu uzasadnienia osobistych uprzedzeń i celów politycznych. Jednak EROEI ma wartość dla analizy względnej nadwyżki energii. Dzięki spójnym granicom systemu i zdefiniowanej metodologii obliczeniowej oferuje ustandaryzowany sposób porównywania energii netto wytwarzanej przez różne technologie elektrowni, bez względu na ich często zniekształcone zwroty z inwestycji.

To jest gościnny post Johna Thompsona. Wyrażone opinie są całkowicie ich własnymi i niekoniecznie odzwierciedlają opinie BTC Inc lub Magazyn Bitcoin.

• Coinsmart. Najlepsza w Europie giełda bitcoinów i kryptowalut.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. DARMOWY DOSTĘP.
• CryptoJastrząb. Radar Altcoin. Bezpłatna wersja próbna.
• Źródło: https://bitcoinmagazine.com/culture/bitcoin-and-nuclear-can-save-the-world